[发明专利]基于落锚-海缆-土壤模型的海底电缆落锚冲击试验方法

权利要求书

1.基于落锚-海缆-土壤模型的海底电缆落锚冲击试验方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：构建落锚-海缆-土壤模型，模拟落锚冲击土壤中的海缆；

步骤二：基于海缆的非线性材料属性建立海缆的应力-应变关系模型；建立土壤的摩尔库伦模型，将落锚等效为刚体；

步骤三：设置分析步长，并启用有限元软件动力显示部分；

步骤四：考虑模型中落锚、海缆、土壤相互作用，并设置接触条件；

步骤五：对落锚施加初始速度，设置边界条件；

步骤六：构建海底电缆的有限元网格模型，并针对落锚冲击处对土壤区域进行局部逐渐网格细化；

步骤七：将步骤一、步骤二的模型导入有限元软件中，并结合步骤三～步骤五设置的条件参数，得到海底电缆的数值分析模型，求解该模型获得撞击处海缆凹陷深度，以及海缆在土壤中的下陷深度。

2.根据权利要求1所述基于落锚-海缆-土壤模型的海底电缆落锚冲击试验方法，其特征在于：所述步骤一中，选取35kV三芯复合海底电缆为研究对象，利用SolidWorks搭建海缆结构模型，并真实模拟三芯导体内顺时针螺旋、以及镀锌钢铠装钢丝外逆时针螺旋；建立三维海底电缆几何模型；再建立土壤和落锚模型；考虑实际工程情况，将海缆嵌入土壤，形成落锚-海缆-土壤模型，模拟落锚冲击土壤中的海缆。

3.根据权利要求1所述基于落锚-海缆-土壤模型的海底电缆落锚冲击试验方法，其特征在于：所述步骤一具体过程包括如下步骤：

S1.1：首先，确定导体、绝缘层、铅护套外径，再确认光单元、光单元内外钢丝及光单元护套外径，满足三芯导体部分呈120°对称，两个光单元分别位于两相邻导体部分中间位置，为简化计算只取一个，在SolidWorks上作出平面草图，将其中一导体部分凸台拉伸，并对该部分进行阵列处理，使得三相导体呈120°，再拉伸光单元部分，最后对导体部分与光单元进行弯曲扭转；

S1.2：再构建填充部分：先确定铅护套外径及光单元外护套外径，根据上一步操作构建导体部分与光单元扭转，在此基础上再确认填充外径，并拉伸为圆柱体，最后进行模块相减组合，进而得到填充模块；

S1.3：然后，构建铠装部分，三芯复合海底电缆外层铠装钢丝根数根据缠绕钢丝根数及螺距计算得出：

上式中：R为铠装层内圆柱体半径，单位：mm；r为铠装钢丝半径，单位：mm；n为铠装钢珠的数量；

根据上式得出的铠装钢丝半径，作出单根铠装钢丝层平面草图，再拉伸至同一高度，然后阵列处理，使得铠装钢丝相切排列呈圆并且拉伸处理，最后对其进行逆时针螺旋处理，螺旋升角为其中，螺旋升角与缠绕角α满足以下关系：

S1.4：最后，构建外护套部分，确认外护套外径后作出平面草图，拉伸同一高度，最后将上述部分形成装配体，得到三芯复合海底电缆几何模型。

4.根据权利要求1所述基于落锚-海缆-土壤模型的海底电缆落锚冲击试验方法，其特征在于：所述步骤一中，土壤模型为长方体模块，落锚模型简化的子弹头状，将海底电缆几何模型嵌入土壤模型中，埋设一定深度h，落锚正对海缆中间处，与土壤模型表面相切。

5.根据权利要求1所述基于落锚-海缆-土壤模型的海底电缆落锚冲击试验方法，其特征在于：所述步骤二中，海缆的应力-应变关系满足胡克定律：

σ＝Eε；

其中：E为弹性模量，σ表示应力，ε表示应变；

当载荷卸载材料变形可完全恢复，当材料进入屈服阶段，材料开始失去抵抗变形能力，达到屈服状态；经过屈服阶段后，材料处于强化阶段，材料又恢复抵抗变形能力；当应力超过强度极限材料发生断裂，彻底失效；

土壤采用摩尔库伦模型，规定摩擦角、膨胀角和凝聚力屈服应力；摩尔库伦定律c为凝聚力屈服应力，为摩擦角，τ为抗剪强度

落锚视作刚体，弹性模量大。